简易无线充电系统设计

2020-03-07肖滟琳吴昊

科学导报·学术 2020年6期

肖滟琳　吴昊

摘要：本设计基于电磁感应原理制作的一款简易无线充电系统。无线传输方案的选择是经查阅资料，在现有的四种方案中选择了最简单易行的电磁感应方案。在能量发送端采用六反向器CD4069的晶体振荡电路产生高频振荡;为保护CD4069，本设计采用三端集成稳压电路7085为CD4069供电;能量接收端主要由整流滤波电路组成，将接收的交流电变为可对移动设备、电池进行供电的直流电。通过仿真表明，本设计是可行的。

关键词：无线充电，电磁感应，能量发送端，能量接收端，线圈

1总体方案设计

结合自己的实际知识，在查阅了大量相关技术资料后，本文提出了四种技术方案来实现系统功能。下文将首先分别说明这四种方案的组成框图和实现原理、分析比较它们的特点，进而阐述本文最终选择方案的原因。

1.1方案比较

1.1.1方案一：电磁感应方式

电磁感应技术，可看作是分离式的变压器。将发射线圈和接收线圈分离放置，当发射端线圈有电能输入时，就会产生一个变化的磁场，接收端的线圈感应到这一磁场，就产生了电流，这样就能构建一套无线电能传输系统。

1.1.2方案二：磁共振方式

相比与电磁感应方式，磁共振技术在距离上更占优势，它的无线充电支持数厘米至数米，更加灵活。磁共振也要使用两个规格完全匹配的线圈，给其中一个线圈通电以产生磁场，另一个线圈共振，产生电流点亮灯泡或给设备充电。

1.1.3方案三：电场耦合方式

电场耦合方式分为送电侧与受电侧。两组电极、一个振荡器、一个放大器和一套升压电路即组成了送电侧。

1.1.4方案四：无线电波方式

接收电路捕捉从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载做出调整的同时保持稳定的直流电压。

1.2方案论证

基于技术原理和实验情况，方案一更可行。方案一的优点在于：适合短距离充电，转换效率高，深度贴合电气工程学生所学的一系列专业知识;缺点在于：必须要摆放在特定位置才能充电，且金属会发热;实现的难点在于高频振荡电路能否产生合适的频率信号。

1.3方案选择

基于对所学知识的理解情况、方案的难易程度以及传输功率的大小等原因选择了方案一：电磁感应方式。

1.4硬件调试

1.4.1对整流滤波模块的调试

按照原理图，在Proteus上画好电路图后，接入12V 50HZ的交流电，准备开始仿真。发现负载LED灯不亮，怀疑无线充电是否失败。经查阅资料后发现，1.7V的电压还不足以使负载LED灯发亮，但无线充电成功，对更改后的电路进行仿真，可见负载LED灯发光状态良好，无线充电非常成功。仿真情况如图4—1所示。

2系统功能、指标参数结论

2.1系统指标参数测试

在系统测试过程中，对高频振荡模块进行了测试，通过Proteus仿真软件里的示波器对高频振荡模块的输出进行了波形测试，发现输出的振荡波形为带有毛刺的方波。并且利用电压表对各模块输出电压情况进行了测试。测试结果如表4—1所示。

2.2系统功能及指标参数分析

从本设计的参数结果来看，基本满足无线传输与充电条件。但充电效率会很低，因为传输过来的电压值不高、输出功率不大。但本设计最终输出的是带有毛刺的方波，频率为100HZ，输出波形有待改善，输出频率也有待提高。

3结论

本设计基本达成设计目标，性能达到中等水平。其优点与特色在于无线充电技术的成功实现，其创新意义在于对无线充电技术的又一次尝试，无线充电技术为人类能量传输的革新起到了推波助澜的作用。

参考文献

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[3] 臧向迪、胡铱.无线充电小车设计与探究[J].河北农机，2018，09.

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